ترمیم کولینگ تاور ( برج خنک کننده ) بتنی
برج های خنک ساز به عنوان یکی از پر اهیمت ترین سازه های فرآیند تولید در کارخانجات می باشند که در چرخه تولید هماره باید در مدار بهره برداری باشند. برخ های خنک کننده در دو سیستم بتنی و فایبرگلاس در کارخانجات ساخته می شوند که عموما در کارخانجات بزرگ مانند کارخانجات فولاد سازی ، پتروشیمی و پالایشگاه ها به واسطه نیاز بالا به پروسسه خنک سازی و در نتیجه ابعاد بزرگ برج های خنک کننده ( کولینگ تاورها ) به صورت تمام بتنی با تاسیسات لازم ساخته می شوند.
کولینگ تاورهای بتنی به علت کاربری هیدرولیکی در دو فاز استخر و ریزشی ( دیوارها ) از یک سو و از سوی دیگر محیط خوردنده و با پتانسیل بالای تخریب ناشی از کربناتاسیون ، خوردگی کلریدی ، حمله سولفاتی، تاثیر اسیدها ، تبلور نمک یا سیکا ذوب و یخ ، علی الخصوص در مناطق جنوبی و سواحل خلیج فارس که به واسطه نزدیگی به دریا و منابع نفت و گاز بیشترین تراکم کارخانجات را دارا می باشند ، به شدت در معرض تخریب و به تبع آن نیازمند تعمیر و بازسزای می باشند. خرید ضد یخ بتن از جمله سایر عوامل تخریب این نوع سازه ها می توان به کیفیت پایین ساخت ، وجود درزهای اجرایی متعدد به علت ابعاد بزرگ در پلان و ارتفاع ، سایش ناشی از ریزش آب به دیوارها ، وجود املاح زیاد در آب مناطق ، تغییرات دمایی زیاد در مناطق جنوبی و ایجاد ریز ترکها به واسطه آن ، مشکلات ناشی از بتن ریزی در هوای گرم در مناطقه ساحلی و عدم به کارگیری تدابیر مناسب یا به کارگیری تدابیر نامناسب اشاره کرد.
عوامل موثر در ترمیم و بازسازی برج های خنک کننده ( کولینگ تاور ) بتنی :
پروسه تعمیرات در کولینگ تاورها عمدتا همانند سایر سازه های بتنی می باشد. مراحل اصلی این فرآیند را می توان به شرح ذیل بیان داشت :
· ارزیابی میدانی و آزمایشگاهی غیرمخرب بتنی
· بررسی نتایج آزمایشگاهی و میدانی ، شناسایی محل های آسیب ، محلهای سالم و محل های در شرف آسیب و تخریب
· تعیین نیاز یا عدم نیاز به تعمیرات
· انتخاب روش و مصالح تعمیر
· اجرای ترمیم و بازسازی
· کنترل کیفی عملیات بازسازی و ترمیم انجام شده
آنچه می توان به عنوان وجه تمایز و خاص کولینگ تاورها بر شمرد شرایط خاص و محدودیت زمانی و نیز شرایط بهره برداری از سازه می باشد. این بدان معنا است که بخش ویژه تعمیرات سازه بتنی کولینگ تاورها در انتخاب روش و مصالح ترمیم و اجرای عملیات ترمیم و بازسازی می باشد.
محدودیت زمانی در بازسازی کولینگ تاورها :
کولینگ تاورها به عنوان بخشی از چرخه تولید در کارخانجات صنعتی از قائده محدودیت زمانی تعمیرات در محیط های صنعتی پیروی می کنند، مگر اینکه سیستم کارخانه دارای سازه ای مشابه باشد که عملا این امر به علت هزینه های بالا احداث سازه های مذکور کمتر اتفاق می افتد. از سوی دیگر این سازه ها به واسطه شرایط خاص دارای سطح گسترده تعمیرات می باشند. بدین معنی که معمولا سطح داخلی سازه ها به واسطه آب ریزشی دارای شن زدگی می باشند. در کنار این موارد باید ارتفاع بالای سازه که به طور معمول در چهارده متری می باشد و به تبع نیاز به اجرای تمهیدات دسترسی را مورد توجه قرار داد.
علاوه بر آن این سازه ها پس از گذشت مدتی از بهره برداری به طور معمول دارای حجم زیادی رسوب وته نشینی گل و لای می باشند که پاکسازی آنها نیازمند زمان زیادی بوده که باید در برنامه زمانی پروزه گنجانده و لحاظ گردد.
از آنجا که فرآیند بسته به حجم و عمق تخریب و علل آن ، دارای مراحل متعددی می باشد در انتخاب سیستم و روش تعمیر می بایست به همه آنها توجه نمود.
باید توجه نمود که به طور معمول بازه زمانی مورد نظر کارفرمایان تعمیرات در کولینگ تاورها بین 7 تا 10 روز می باشد که با توجه به موارد فوق الذکر باید انتخاب دقیق و صحیحی در روش و مصالح مصرفی و نیز به کارگیری نیروهای انسانی متخصص و تجهیزات متناسب به کار گرفت.
مراحل مختلف در در اجرای یک سازه برج خنک کننده را می توان به موارد ذیل تقسیم بندی نمود:
· لایروبی گل و لای موجود
· سندبلاست سطح داخلی سازه با هدف برداشت رسوبات و پوشش موجود و دسترسی به بتن سالم و پاکیزه
· تخریب بتن های آسیب دیده، شکسته و طبله شده
· شتستشوی سطح بتن و بتن های تخریب شده به وسیله واترجت
· زنگ زدایی آرماتورهای اکسید شده احتمالی
· اعمال آرماتورهای تقویتی در کنار آرماتورهای خورده شده در صورت نیاز
· اعمال لایه پیوند دهنده بتن قیم به جدید از نوع اپوکسی یا پایه سیمانی در تخریب های عمیق
· اجرای ملات ترمیمی در محل های تخریب شده و سطوح شن نما
· اجرای پوشش آب بند و محافظتی برای جلوگیری از ایجاد تخریب های آتی و آب بندی سازه
پر واضح است که این حجم گسترده از عملیات اجرایی در بازه های زمانی کوتاه مدت نیازمند برنامه ریزی بسیار دقیق ، تجربه کافی ، شناخت لازم از فرآیند جامع تعمیر ، انتخاب مناسب روش و مصالح مصرفی می باشد.
انتخاب روش و مصالح مصرفی در ترمیم و بازسزای کولینگ تاورها ( برج های خنک کننده ) :
عوامل موثری در انتخاب مصالح و روش ترمیم سازه های بتنی وجود دارد که از جمله آنها می توان به موارد ذیل اشاره کرد :
· نما یا غیر نما بودن تعمیر
· انتظارات کارفرما و دوام مورد نظر از تعمیر
· حجم و ابعاد ترمیم
· وضعیت دسترسی
· محدودیت های زمانی
· سازه ای یا غیر سازه ای بودن تعمیر
· شرایط بهره برداری از نظر مکانیکی، سایشی ، شیمیایی و دمایی
· مقاومت یا عدم نیاز به مقاومت در برابر تابش خورشید
· محدودیت و شرایط اقتصادی مورد نظر کارفرما
· شرایط محیطی از نظر دما و روطبت در زمان اجرا و بهره برداری
در گزینش روش تعمیرات می بایست توجه لازم به همه موارد لازم صورت پذیرد. اما بدون شک در هر پروزه و فرآیند تعمیرات اهمیت یک یا چند عامل بیش از سایرن بوده و تاثیر آنها در انتخاب روش بازسازی بیشتر می باشد و باید مورد توجه حداکثری قرار گیرد.
آنچه در انتخاب روش و مصالح تعمیرات برج های خنک کننده بتنی نیازمند توجه ویژه است موارد ذیل می باشد :
1. به علت کوتاهی زمان تعمیرات ( در اغلب مواقع ) باید از مصالحی استفاده شود که نیازمند اجرا بر روی سطح کاملا عاری از رطوبت نداشته باشند. چرا که سطح داخلی کولینگ تاورها به علت شرایط بهره برداری دارای رطوبت می باشد و خشک شدن کامل آن تا زیر چهار در صد بسته به دمای محبط بین 7 تا 28 روز به طول خواهد انجامید.
2. به کارگیری مصالحی که اجرا و عمل آوری آن سریع بوده و نیازمند بازه زمانی طولانی برای فرآیند عمل آوری و کیورینگ نباشد.
3. امکان ایجاد تنفس بتن پس از آب بندی و محافظت با هدف خروج رطوبت در حین بهره برداری .
4. ضریب انبساط حرارتی متناسب با بتن پایه به منظور جلوگیری از جداشدگی در تغییرات حرارتی محیطی .
5. چسبندگی بالای پوشش با هدف جلوگیری از جداشدگی در برابر آب ریزشی و یا پوسته شدن.
6. مقاومت در برابر املاح ، یون کلر و سولفات
7. امکان ایجاد پل و یا ترمیم ترک های موئی
8. عمر و دوام بالا متناسب به شرایط عمر مورد انتظار از سازه
9. عدم آسیب در برابر تابش خورشید
10. عدم آسیب در اصر خشک و تر شدن
11. استفاده از سیستم های اجرایی با امکان اجرای سریع به خصوص در صورت نیاز به ترمیم گسترده بتن
12. سهولت اجرا و استفاده، به منظور جلوگیری از اشتباهات احتمالی
با بررسی انواع روش ها و مصالح ترمیمی، مزایا و محدودیت های زمانی، اجرایی و مکانیکی و شیمیایی هر یک در کنار تطابق با شرایط خاص بهره برداری و نیز لحاظ هزینه های بهینه ، نسبت به انتخاب روش اقدام می گردد ما باید تحلیل کنیم با چه هزینه ای به چه دوامی دست خواهیم یافت. کارشناسی تعمیر باید به این نتیجه برسد که در این محرحله که آیا تعمیر سازه گزینه ای بهتر است یا ساخت سازه جدید مناسب تر است. البته ای امر همواره به مباحث اقتصادی مربوط نمی شود ، چرا که گاهی اهمیت یک سازه در تولید به حدی است که امکان جایگزینی آن در کوتاه مدت وجود ندارد و باید تعمیرات صورت پذیرد.
از جمله دیگر عوامل موثر در انتخاب روش تعمیرات خواسته و توقعات کارفرما و بهره برداری از سیستم می باشد. کارفرما با توجه به پلان توسعه خود و محدودیت های زمانی و مالی تصمیم خواهد گرفت چه توقعاتی از ترمیم و بازسازی دارد. آیا نیاز به تعمیرات ارزان قیمت با دوام کوتاه مدت می باشد یا نیاز به یک تعمیر با حداکثر دوام می باشد.
لازم به ذکر است در برخی مواقع شرایط بهره برداری به نحوی است که نیاز به تعمیرات دوره ای ناگریز می باشد و صرفا به کارگیری تعمیرات کارآمد با طولانی ترین دوام مورد نظر می باشد.
مصالح مناسب جهت تعمیرات برج های خنک کننده :
بخش اعظمی از روش های تعمیرات سازه های بتنی که به کار گرفته می شود نشات گرفته از تجربیات مشابه موفق یا ناموفق پیشین می باشد. پیشنهادات و مباحث مطروحه در این بخش ناشی از تجربیاتی از نویسندگان در تعمیرات چندین برج خنک کننده و مشاهده نتایج حاصله از مصالح و روش های مختلف در پروژه های مذکور در کنار بررسی سایر تعمیرات انجام شده توسط کارفرما یان در پروژه های مختلف می باشد.
اجرای تعمیر و پوشش در بدو ساخت :
تعمیر سازه های بتنی کولینگ تاورها در بدو ساخت تفاوت چندانی با سایر سازه های بتنی ندارد. در این سازه ها که معمولات تعمیر به اصلاح بتن های شن نما و کرمو ، تعمیر درزهای اجرایی و نهایتا اجرای پوشش آب بندی و محافظتی مناسب محدود می شود، دارای چهارچوب های عمومی می باشد. لذا در فاز ترمیم بتن ، بسته به ضخمات محل تعمیر امکان استفاده از انواع ملات های ترمیم کننده پایه سیمانی با دانه بندی های مختلف ، به همراه چسب های بتن پیونددهنده وجود دارد. در این شرایط ملات های پایه سیمانی به علت مشخصات با شباهت بالا از منظر مکانیگی و حرارتی، با بتن پایه و همچنین عدم محدودیت زمانی بهترین گزینه می باشد.
در فاز پوشش نیز امروزه رزین های اپوکسی به طور گسترده ای از سوی کارفرمایان به کار گرفته می شود. این پوشش با وجود مزایای منحصر به فرد و مناسب مانند مقاومت مکانیکی و شیمیایی بالا ، اغلب دارای دوام مناسبی نمی باشند. دوام پوشش های اپوکسی در این سازه ها معمولا به حداکثر 5 سال محدود می گردد.
عمده مشکل در به کار گیری پوشش های اپوکسی و دوام پایین آن را می توان به عدم انطباق حرارتی با بتن پایه ( این امر در مناطق گرمسیر و سردسیر به خصوص در سازه های با ابعاد بالا از اهمیت بالایی برخوردار می باشد که باعث طبله شدن ، جداشدگی و یا ترک خوردن پوشش می گردد ) ، عدم امکان تنفس بتن که نقش بالایی در اتحکام پوشش و دوام بتن دارد، مربوط دانست . البته این امر در خصوص اکثر پوشش های رزینی مانند پلی یورتان و پلی یورا نیز صادق می باشد.
از این رو پوشش های پایه سیمانی عملکرد بهتری از خود نشان خواهند داد و به تبع دوام بیشتری خواهند داشت. پوشش های پایه سیمانی مناسب جهت مقابله فشار آب را می توان به دو گروه زیر تقسیم نمود :
پوشش های سیمانی- اکرلیکی : این پوشش ها که متشکل از ترکیبات شبه سیمانی اصلاح شده و پلیمرهای اکرلیکی می باشند دارای مزایای زیادی در آب بندی و محافظت می باشند. این پوشش بسته به غلظت و میزان رزین ترکیبی با بخش سیمانی دارای انعطاف پذیری بالا و چسبندگی مناسبی می باشند. از مزایای این پوشش ها می توان به الاستسیته بالا، انطباق حرارتی با بتن پایه، مقاومت خوب شیمیایی در برابر سولفات،قابلیت تنفس بتن ، کلر و کربناتاسیون ، دوام بالا ، ایجا پل بر روی ترکها و بتن های متخلخل و کرمو ، تحمل فشار تا 7 بار در فشار مثبت ، سرعت و سهولت بالای اجرا ، امکان اجرای بر روی سطح مرطوب و عمل اوری کوتاه مدت و ساده می باشد. این پوشش ها بسته به فشار آب به میزان 1.5 تا 4 کیلوگرم در حداقل دو لایه به وسیله برس و یا ایرلس بر روی سطح بتن اجرا می گردد.
پوشش های شبه سیمانی نفوذگر کریستال شونده : این پوشش ها بر پایه ترکیبات اصلاح شده سیمان می باشد که عملکرد آن بر مبنای نفوذ در حفرات و ترک های مویینه بتن و واکنش با آهک آزاد بتن و ایجاد کریستالهای غیر محلول و آب بندی و حفاظت از بتن می باشد. از مزایای این پوشش می توان به مقاومت مکانیکی و شیمیایی خوب ، خواص خود ترمیمی در مجاورت آب ، ترمیم و آب بندی ترکها تا 400 میکرون ، آب بندی از عمق و دوام بالا در برابر ضربه و خراش، قابلیت تنفس بتن پس از اجرا، امکان اجرا بر روی سطح بتن مرطوب، تحمل فشار تا 14 بار در فشار مثبت ، مقاومت در شرایط اسیدی ضعیف، مقاومت در برابر تابش آفتاب اشاره کرد. این پوشش بسته به سطح بتن به میزان 1.5 تا 3 کیلوگرم در دو تا سه لایه به و سیله برس یا ایرلس بر روی سطوح بتنی اجرا می گردد.
پوشش های مذکور با وجود تشابه عملکردی در بسیاری از مواقع ، و نیز مزایای نسبی پوشش های سیمانی-اکرلیکی به علت سهولت اجرای عمل آوری کوتاه و امکان ایجاد پل در ترک های تا 1500 میکرون و بتن های کرمو از نظر نگارندگان پوشش های نفوذگر کریستال شونده در کولینک تاور های بتنی ارحج می باشند.
این امر به علت مقاومت چسبندگی بالاتر این پوشش ها می باشد که باعث می گردد دوام آنها در بخش ریزیشی دیوارها که سایش بالایی وجود دارد بیشتر بوده و در اثر سایش دچار جداشدگی یا طبله شدگی نمی گردند.
تعمیر و بازسازی در دوره بهره برداری :
در شاریط بهره برداری، عملیات علاوه بر موارد ذکر شده در سازه های در بدو ساخت دارای محدودیت های بیشتری می باشد. آنچه تعمیر بج های خنک کننده در حال بهره برداری را متمایز می سازد، محدودیت های زمانی دوره تعمیر و بازسازی می باشد.
این محدودیت باعث می گردد که امکان خشک کردن و حذف رطوبت به طور کامل و عمیق وجود نداشته باشد. از این رو امکان استفاده از اغلب رزین ها وجود ندارد. لازم به ذکر است در صورت محبوس شدن رطوبت در عمق بتن و عدم امکان خروج آن در پوشش های رزینی ، علاوه بر پتانسیل بالای خوردگی کلریدی در آینده ، شاهد جداشدگی و طبله پوشش خواهیم بود. این امر با استفاده از ملات ها و سیستم های ترمیم کننده پایه سیمانی تشدید می گردد.
استفاده از پوشش و ملات های تعمیری پلیمری با وجود زمان گیرش سریع، علاوه بر اختلال در کیفیت و فرآیند شیمیایی به علت وجود رطوبت در بتن، به علت اختلاف عملکرد انبساط حرارتی شاهد جداشدگی آنها در دوره بهره برداری نه چندان بلند مدت خواهیم بود. از این رو استفاده از سیستم های پلیمری در تعمیر برج های خنک کنند در حال بهره برداری دارای عمر کمتری نسبت به استفاده از محصولات تعمیرات پلیمری در بدو ساخت می باشد ( این موضوع در تکرار تعمیرات سازه های بتنی برج خنک کننده در جنوب کشور در بازه زمانی 24 تا 36 ماهه به وضوح قابل رویت می باشد).
با توجه به موارد مطروحه و تجربیات مشابه، به اعتقاد نگارندگان در تعمیرات سازه های مذکور و مشابه استفاده از مصالح پایه سیمانی و پوشش های نفوذگر کریستال شونده مناسب ترین روش می باشد.
مزایا و دلایل گزینش این سیستم می توان به موارد ذیل اشاره کرد :
· مقاومت شیمیایی مناسب در برابر سولفات، کلر و املاح : با توجه به وجود ترکیبات مذکور در آب بهره برداری از اهیمت بالایی برخوردار است.
· امکان اجرا بر روی سطح مرطوب: در واقع پوشش پایه سیمانی همانند سایر محصولات سیمانی برای اجرای با کیفیت نیازمند سطح مرطوب هستند که این در شرایط محدود زمانی یک مزیت به حساب می آید، چرا که نیاز به گذشت 7 تا 28 روزه برای خشک شدن و یا استفاده از روش های مصنوعی برای خشک کردن که به بتن آسیب می رساند نمی باشد.
· کیورینگ کوتاه مدت زمان بهره برداری: بر خلاف پوشش و مصالح رزینی که نیازمند شرایط رطوبتی و دمایی محدود در زمان اجرا و عمل آوری می باشند و به هیچ وجه در این بازه زمانی نباید با رطوبت در تماس باشند، پوشش های پایه سیمانی به هیچ وجه در این زمینه محدودیتی ندارند. در خصوص پوشش های سیمانی-اکرلیکی با توجه به نوع واکنش فرآیند عمل آوری حداکثر پس از 2 روز خاتمه یافته وجود دارد.پوشش های نفوذگر کریستال شونده با وجود نیاز به عمل آوری 3 تا 7 روزه با آب، با گذشت 2 روز و با کسب مقاومت اولیه امکان ورود سازه به مدار بهره برداری وجود داشته و بخش دوم فرآیند عمل آوری در مجاورت آب در حین بهره برداری صورت خواهد پذیرفت.
· ضریب انبساط حرارتی متناسب با بتن بستر : این امر باعث می گردد که پوشش بر اثر تغییرات حرارتی ناشی از پر و خالی شدن سازه و نیز تغییر دمایی فصلی در مناطق گرمسیر و سردسیر ( با توجه به محصور نبودن سازه ) دچار ضعف و آسیب نگردد.
· سهولت اجرا : این امر باعث می گردد تا اشتباهات اجرایی از جمله اختلاط ناصحیح، اجرای غلط و نیز نیاز به دسترسی به پرسنل بسیار تخصصی و تجهیزات ویژه محدود شود و در زمان های کوتاه ، حداکثر سرعت اجرایی تامین شود.
· چسبندگی بالا به سطح بتن : چسبندگی پوشش و مصالح تعمیری که از جمله با اهیمت ترین پارامترهای کیفی مواد تعمیراتی به حساب می آید ، باعث می گردد علاوه بر مقاومت خوب در بخش استخری با فشار هیدروستاتیک ، در بخش ریزشی ( دیوارها ) نیز شاهد پوسته و جداشدگی نباشیم.
· محافظت از عمق بتن : این بدان معناست که بر خلاف پوشش های سطحی که بر اثر ضربه یا شستشو با ابزار مکانیکی به سیستم های محافظتی آسیب می رسد، پوشش های نفوذگر کریستال شونده ، با نفوذ در حفرات مویینه و ترک ها، عملیات محافظت را از عمق انجام داده و در برابر بار و ضربه های خارجی کمترین آسیب را خواهد دید.
· توسعه محافظت در دوره بهره برداری : پوشش های مذکور در دوره بهره برداری نیز همواره در مجاورت آب با آهک آزاد ترکیب شده و با ایجاد کریستالهای غیر حلال، به ترمیم ترک ها و حفرات می پردازد. این امر باعث می گردد تا ریز ترک های نوسانات حرارتی و دینامیکی دوره بهره برداری در سطح و ناحیه انتقالی ترمیم و حداکثر حفاظت از سازه صورت پذیرد.
· امکان خروج آب و بخارات از داخل بتن به خارج در عین آب بندی و محافظت کارآمد: خصوصیت مذکور که در همه استانداردهای معتبر به عنوان یکی از مهمترین پارامتر ها شناخته می شود باعث می گردد تا حداکثر حفاظت در سازه در برار خوردگی کلریدی و کربناتی و بدون جداشدگی پوشش اتفاق بیافتد.
نتیجه گیری :
با وجود روش ها و مصالح متنوع تعمیرات در سازه های بتنی، نظر به فاکتورهای موثر در بازسازی برجهای خنک کننده بتنی، بهترین و موثرترین روش استفاده از مصالح پایه سیمانیم ی باشد. خوشبختانه در حال حاضر محصولات با کیفیتی در این زمینه وجود دارد. اما باید توجه کرد که بخش مهمی از موفقیت در فرآیند تعمیرات رعایت استانداردها، به کارگیری پرسنل آموزش دیده و با تجربه، دقت و سخت گیری کافی و در اختیار داشتن تجهیزات لازم و بهینه می باشد.
همچنین لازم به ذکر است با توجه به گستردگی مراحل مختلف تعمیرات، حداقل زمان لازم برای تعمیرات برج های خنک کننده با ابعاد معمول ( تا سه هزار مترمربع ) نباید کمتر از 10 روز باشد. چرا که این امر می تواند کیفیت اجرا را تحت تاثیر قرار دهد. هر چند که سوابق و گزارش هایی در اجرای عملیات در زمان های کمتر با صرف منابع و هزینه های زیاد وجود دارد. لذا از نظر نگارندگان زمان چهار ده روزه زمان بهینه ای برای تعمیرات این سازه ها می باشد که در صورت افزایش زمان محدودیت ها برای انتخاب روش و مصالح تعمیراتی تا حدودی کاهش یابد.